Роль генотипа и условий внешней среды в формировании фенотипа

ИТОГОВАЯ ВЕДОМОСТЬ

ИТОГОВАЯ ВЕДОМОСТЬ

Рефлексия

Подведение итогов занятия

Гаметогенез закономерно присутствует в жизненном цикле ряда простейших, водорослей, грибов, споровых и голосеменных растений, а также многоклеточных животных. В некоторых группах гаметы вторично редуцированы (сумчатые и базидиевые грибы, цветковые растения). Наиболее подробно процессы гаметогенеза изучены у многоклеточных животных.

Сегодня на занятии мы изучили, как наследуются признаки, какие существуют варианты определения пола и наследование признаков, сцепленных с полом. Знания, полученные на уроке, вам пригодятся для написания предстоящей практической работы.

 

- А теперь мне бы хотелось узнать ваше настроение после урока, для этого выберете слова, характеризующие вашу деятельность на уроке (дежурные помогают раздать и собрать карточки).

 

Урок	Я на уроке	Итог
Интересно	Работал	Понял
Скучно	Отдыхал	Узнал больше, чем знал
Безразлично	Помогал другим	Не понял

 

Урок закончен, спасибо за внимание.

ЭКЗАМЕН Биология

НАПРАВЛЕНИЕ Специальное (дефектологическое) образование

№ п/п	Ф.И.О.	Баллы
1.	Алырева Елена Викторовна
2.	Баткова Кристина Владимировна
3.	Лукша Вера Александровна
4.	Нестерюк Дарья Алексеевна
5.	Новохатских Любовь Владимировна
6.	Паршенкова Евгения Викторовна
7.	Эльман Оксана Валентиновна

ВЫБОРГСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) АОУ ВПО «ЛГУ ИМ. А.С. ПУШКИНА»

ЭКЗАМЕН Биология

НАПРАВЛЕНИЕ Психолого-педагогическое образование

№ п/п	Ф.И.О.	Баллы
1.	Артёмова Екатерина Вячеславовна
	Архиповская Анна Николаевна
	Байлова Юлия Валериевна
	Валеева Маргарита Рафаэлевна
	Веселова Ксения Николаевна
	Ермолаева Елена Александровна
	Кийко Анастасия Витальевна
	Коргуева Ирина Леонидовна
	Кулакова Анастасия Юрьевна
	Лукьянова Наталья Алексеевна
	Мехдиева Айшан Яшар кызы
	Немерчук Татьяна Александровна
	Нечаева Екатерина Владимировна
	Петрова Валерия Викторовна
	Петрова Марина Александровна
	Сариев Илья Денисович
	Сычева Анастасия Вячеславовна
	Ушатова Мария Сергеевна
	Хамрокулова Юлия Анатольевна
	Шевелева Юлия Сергеевна
	Шкурат Анна Анатольевна

Все многообразие всего живого и его постоянное совершенствование были бы невозможны без изменчивости. Это связано с тем, что генотип последовательно реализуется в фенотип в ходе индивидуального развития организма и в определенных условиях среды обитания, факторы которой (колебания освещенности, температуры, влажности, условий питания, взаимоотношений с другими организмами и др.) часто оказывают определяющее значение на проявление и развитие того или иного признака и свойства. Поэтому организмы, имеющие одинаковые генотипы, могут заметно отличаться друг от друга по фенотипу. Приведем несколько примеров.

Если растения примулы, которые в обычных условиях имели красные цветки, перенести в оранжерею и содержать их там при температуре 30—35°С и высокой влажности, то через некоторое время все цветки у них оказываются белыми. Если эти же растения вновь поместить в обычные (комнатные) условия, то распустившиеся цветки будут красными.

Другим классическим примером, иллюстрирующим влияние внешней среды на проявление качественных признаков, служит изменение окраски шерсти у гималайского кролика. Обычно при 20°С у этого кролика шерсть белая, за исключением черных ушей, лап, хвоста и мордочки. При 30°С такие кролики вырастают полностью белыми. Если же у гималайского кролика сбрить шерсть на боку или спине и содержать его при температуре воздуха ниже +2°С, то вместо белой шерсти вырастет черная. Но если сбрить шерсть на ухе, то в обычных условиях там снова вырастет черная шерсть.

Эти наблюдения объясняют, почему гималайские кролики рождаются белыми, без участков черной шерсти: их эмбриональное развитие происходит в условиях высокой температуры.

Известно, что все признаки и свойства организма наследственно детерминированы, однако организмы наследуют не сами признаки и свойства, а лишь возможность их развития. Для проявления и развития признака необходимы соответствующие условия внешней среды.

Но даже в том случае, когда проявление и развитие того или иного признака происходит, степень его выраженности бывает

разной в зависимости от условий внешней среды: при одних она усиливается, при других ослабляется. Пределы этих изменений определены возможностями, заложенными в генотипе.

Пределы модификационной изменчивости признака, ограниченные действием генотипа, называют его норной реакции.

Для разных признаков и свойств организмов границы, определяемые нормой реакции, неодинаковы. Наибольшей пластичностью и изменчивостью характеризуются количественные признаки: семенная продуктивность злаков, величина удоя у крупного рогатого скота, масса животных, число и размеры листьев и колосков у растений и т. д. В то же время качественные признаки (масть животных, окраска семян, цветков и плодов, остистость и опушенность колоса у растений) мало зависят от условий среды.

Так, у крупного рогатого скота удой во многом определяется условиями его содержания. При подборе кормов нужного качества и количества ценная порода скота может дать 5—6 тыс. кг молока в год, а в случае ухудшения условий содержания продуктивность снижается до 2,5 тыс. кг и даже ниже. Что касается масти животных, то при самых разных условиях она почти не изменяется.

Подобную закономерность можно наблюдать и у растений. Например, растения элитного сорта картофеля, выращенные в условиях высокой культуры агротехники, дают урожай клубней 500—600 ц/га и более. Ухудшение условий (тяжелые глинистые почвы, низкая культура земледелия и ухода за растениями) может привести к тому, что урожайность прекрасного сорта картофеля снизится до 100—150 ц/га и ниже. Правда, окраска клубней и их форма при этом изменяются в очень малой степени.

Рассмотренные примеры свидетельствуют о том, что количественные признаки обладают очень широкой нормой реакции, а качественные — более узкой.

Таким образом, все признаки и свойства каждого сорта растений и каждой породы животных могут изменяться только в пределах нормы реакции. Поэтому попытки добиться высоких урожаев, резко повысить продуктивность сельскохозяйственных животных только за счет повышения уровня культуры земледелия, улучшения условий кормления и содержания животных несостоятельны. В первую очередь необходимо получить новые сорта растений и породы животных улучшенного генотипа, отзывчивые на хорошие условия возделывания и выращивания.

По механизму возникновения и характеру изменений признаков различают два типа изменчивости — наследственную и ненаследственную.

Под наследственной изменчивостью понимают способность к изменениям самого генетического материала, а под ненаследственной (модификационной, или фенотипической) — способность организмов реагировать на условия окружающей среды и изменяться в пределах нормы реакции, определяемой генотипом.

 

Тема: Химерные и трансгенные организмы

 

Химерами называют организмы или их части, состоящие из генетически разнородных тканей. Впервые этот термин применил немецкий ботаник Г. Винклер (1907) для форм растений, полученных в результате сращивания паслена и томата. В дальнейшем (1909) Э. Баур, изучая пеларгонию пестролистные, выяснил природу химер. Различают несколько типов причудливых организмов:

• химеры мозаичные (гиперхимеры) - в них генетически разные ткани образуют тонкую мозаику;

• химеры векториальни - у них разнородные ткани расположены большими участками;

• химеры периклинальных - ткани с разными генотипами лежат слоями друг над другом;

• химеры мериклинальни - их ткани состоят из смеси сек-ториальних и периклинальных участков. Химеры могут возникать в результате прививок растений и под влиянием мутаций соматических клеток. Компоненты химер могут отличаться друг от друга генами ядра, числом хромосом или генами пластид или митохондрий. Причудливые организмы часто используются в научных исследованиях.

Принцип получения химер сводится главным образом к выделению двух или большего числа ранних зародышей и их слияния. В том случае, когда в генотипе зародышей, использованных для создания химеры, есть отличия по ряду характеристик, удается проследить судьбу клеток обоих видов. С помощью причудливых мышей было, например, решен вопрос о способе возникновения в ходе развития многоядерных клеток поперечнополосатых мышц. Изучение химерных животных позволило решить множество проблем, и в будущем благодаря применению этого метода появится возможность решать сложные вопросы генетики и эмбриологии.

Трансгенные организмы

Трансгенными называют растения и животных, содержащие в своих клетках ген чужого организма, входящий в хромосомы. их получают, используя методы генной инженерии. Трансгенные организмы могут иметь большое значение для повышения эффективности сельского хозяйства и в исследованиях в области молекулярной биологии.

Первые генетически модифицированные организмы, полученные с помощью методов молекулярной биологии, появились на свет только в 80-х годах XX века. Ученые сумели изменить геном растительных клеток, добавляя в них необходимые гены других растений, животных, рыбы и даже человека.

Первый трансгенный организм (мышь) был получен Дж. Гордоном с сотрудниками 1980 г. На начале 90-х годов в Китае было проведено первое коммерческое испытания генетически модифицированных сортов табака и томатов, устойчивых к вирусам. А в 1994 г. в США впервые поступили в торговую сеть продуктов питания плоды генетически измененных томатов с сокращенным сроком созревания.

Широкомасштабное высвобождение в окружающую среду трансгенных организмов началось 1996 г. Среди трансгенных организмов, которые были созданы, 98% составляли генетически модифицированные сельскохозяйственные растения. Среди трансгенных сельскохозяйственных культур наибольшие площади были под посевами сортов растений, устойчивых к гербицидам (71%), болезней и вредителей (22%), гербицидов и болезней вместе (7%). 1999 p. в мировом масштабе посевы трансгенных сортов составляли: сои - 54%, кукурузы - 28%, хлопка и рапса - по 9%, картофеля - 0,01% от общей площади под трансгенными растениями. Кроме указанных культур на незначительных площадях выращивались генетически модифицированные сорта помидоров, тыквы, табака, папайи, свеклы, цикория, льна. Уже созданы и проходят испытания и процедуру регистрации трансгенные сорта риса и пшеницы.

Генетическая модификация предоставляет живым организмам новые свойства. Но, хотя такими продуктами сейчас питается много людей, прошло мало времени, чтобы наука полностью установила их влияние на наш организм. В Европе модифицированные растения сои и кукурузы для изготовления пищевых продуктов разрешено с 1997 p., А пищевые ферменты, добавки, полученные в результате генной инженерии, используют более двадцати лет. Во многих европейских странах в законодательные акты по пищевым продуктам включены требования по безопасности генетически модифицированных продуктов.

В Украине, несмотря на запреты, уже выращивают трансген-на сою, трансгенный картофель, трансгенный рапс, кукурузу, начали выращивать генетически модифицированные свеклу. В России интенсивно разрабатывают генетически модифицированные растения, созданы новые сорта картофеля с модифицированными генами, а также новые трансгенные свеклу с целью удаления нежелательных вторичных продуктов типа рафинозы, инвертного сахара и декстрина. В Украине 30-40% выращиваемой сои является генетически модифицированной. Около 300 миллионов жителей США и более 1 миллиарда жителей Китая употребляют ГМО без явных вредных последствий для организма. В США методами генной инженерии получены улучшенные сорта сои, пшеницы, томатов. Новые сорта сои отличаются повышенным содержанием сахарозы, которая лишает продукт неприятного «бобового» привкуса. Получены оливковое масло с повышенным содержанием олеиновой кислоты.

ГМО следует внедрять с осторожностью, особенно если страна расположена в центре происхождения и распространения растения. Так, соя в диком состоянии растет на Дальнем Востоке, и там может произойти переопыления. Но для Украины переноса генов в естественных условиях вообще не актуален. Здесь почти нет диких родственников культурных растений, ведь мы питаемся только неаборигенных культурами. Для нас принципиальным является решение другой проблемы: станут дикорастущие растения бурьяном, устойчивым к гербицидам? Считают, что у нас актуальным может быть только вопрос с сахарной свеклой, ведь у него эффективное перенос пыльцы ветром достигает шести километров. В Крыму есть дикорастущие родственники сахарной свеклы, правда, эти гибриды непродуктивны. Такая же ситуация с пшеницей. Но проблема есть, ее надо изучать. Вопрос о перспективе использования генной инженерии при выращивании сельскохозяйственного сырья продолжает вызывать серьезные споры среди исследователей и широких слоев потребителей. Среди положительных аргументов - повышенная урожайность, экологические преимущества, защита от вредителей. С другой стороны - неуверенность в безопасности новых технологий.

Негативное влияние трансгенных растений, устойчивых к вредителям, на нецелевые организмы возможен благодаря наличию в организме упомянутых растений биологически активных веществ (инсектициды, фунгициды и др..). Влияние этих веществ может быть прямой или опосредованной действия через трофические цепи. В каждом агроценозах необходимо определить весь спектр фаунистического разнообразия и влияние конкретных биологически активных веществ на него. До сих за 13 лет полевых испытаний достоверных экспериментальных данных о негативном влиянии трансгенных растений, устойчивых к вредителям, на нецелевые организмы не получено.

Широкомасштабное высвобождение в окружающую среду генетически модифицированных сортов растений разных таксономических групп с различными генетическими конструкциями, придающие им новые свойства, поставило ряд вопросов, на которые необходимо обратить внимание при развития системы биобезопасности окружающей среды. Главными вопросами биобезопасности при этом является возможная передача генов, встроенных в трансгенный организм, организмам окружающей среды, влияние трансгенных растений, устойчивых к вредителям, на нецелевые организмы и нарушение трофических цепей.

 

Тема: Генетические основы селекции организмов.

Основная задача селекции — создание высокопродуктивных пород животных и сортов растений, наилуч­шим образом удовлетворяющих пищевые и технические потребности человека.

Породой и сортом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком, которая характери­зуется определенным генофондом, наследственно за­крепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером про­дуктивности. Каждой породе или сорту свойственна своя норма реакции. Так, куры породы белый леггорн отличаются высокой яйценоскостью. Улучшение усло­вий их содержания и кормления сопровождается повы­шением яйценоскости, а масса практически не меня­ется. Фенотип (и в том числе продуктивность) наиболее полно проявляется лишь при определенных условиях, поэтому для каждого района с теми или иными климати­ческими условиями, агротехническими приемами и т. д. необходимо иметь свои сорта и породы.

Основные методы селекции — отбор и гибридизация. В растениеводстве нередко применяют массовый отбор. При этом в посеве отбирают только те растения, которые обладают желательными качествами. При повторном посеве снова преимущества получают растения с из­бранными признаками. Сорт, выведенный этим спосо­бом, не является генетически однородным, и отбор время от времени повторяют. Индивидуальный отбор сводится к выращиванию семей от отдельной особи. Такой отбор приводит к выделению чистой линии — группы генетически однородных (гомозиготных) особей.

Однако методом отбора нельзя получить ничего но­вого, он позволяет выделить только генотипы, уже имеющиеся в популяции. Кроме того, сочетание разных признаков у чистых линий часто оказывается неблаго­приятным. Поэтому для обогащения генофонда созда­ваемого сорта растений или породы животных и полу­чения оптимальных комбинаций признаков применяют гибридизацию с последующим отбором. Например, один сорт пшеницы может иметь прочный стебель и быть устойчивым к полеганию, но в то же время легко пора­жаться ржавчиной. Другой сорт, обладая тонкой и сла­бой соломиной, отличается устойчивостью к ржавчине. При скрещивании этих двух сортов в потомстве обнару- живаются различные комбинации, в том числе у части растений сочетаются признаки устойчивости к полега­нию и к ржавчине. Такие гибриды отбирают и исполь­зуют для посева. В животноводстве получить массовый материал для отбора трудно, поэтому здесь широко ис­пользуют индивидуальный отбор с тщательным учетом хозяйственно полезных признаков и гибридизацию. У сельскохозяйственных животных проводят или близ­кородственное скрещивание с целью перевода большин­ства генов породы в гомозиготное состояние, или не­родственное скрещивание между породами. Неродст­венное скрещивание при последующем строгом отборе поддерживает или улучшает свойства в ряде поколений гибридов.

При скрещивании разных пород животных или сор­тов растений, а также при межвидовых скрещиваниях в первом поколении гибридов наблюдается повышенная жизнеспособность и особенно мощное развитие (рис. 47). Это явление получило название гетерозиса и объясняется переходом многих генов в гетерозиготное состояние и взаимодействием благоприятных доминант­ных генов. При последующих скрещиваниях гибридов между собой гетерозис затухает, по-видимому, вслед­ствие выщепления гомозигот.

Естественные мутации, сопровождающиеся появле­нием полезных для человека признаков, очень редки. На их поиски приходится затрачивать много сил и времени. Частота мутаций резко повышается при искусственном мутагенезе — воздействии некоторых химических ве­ществ, ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Эти воздействия нарушают строение молекул ДНК. Наряду с вредными мутациями гораздо чаще обнаружи­ваются и полезные, которые отбираются и использу­ются в селекционной работе. Таким путем удалось вы­вести штаммы микроорганизмов и грибов, активно син­тезирующих необходимые человеку продукты — вита­мины, антибиотики. В растениеводстве часто получают и полиплоидные растения, которые отличаются более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ. Поли­плоидные сорта клевера, сахарной свеклы, турнепса, ржи, гречихи, масличных растений широко распрост­ранены.